【正文】 通信原理實(shí)驗(yàn) 第一部分 鎖相環(huán)實(shí)驗(yàn) ? 實(shí)驗(yàn)一 模擬鎖相環(huán)模塊 ? 實(shí)驗(yàn)二 數(shù)字鎖相環(huán)模塊 返回 實(shí)驗(yàn)一 模擬鎖相環(huán)模塊 ? 一 、 實(shí)驗(yàn)原理和電路說明 ? 定義：鎖相的意義是相位同步的自動(dòng)控制，能夠完成兩個(gè)電信號(hào)相位同步的自動(dòng)控制閉環(huán)系統(tǒng)叫做 鎖相環(huán) ，簡(jiǎn)稱 PLL。 ? 應(yīng)用：它廣泛應(yīng)用于廣播通信、頻率合成、自動(dòng)控制及時(shí)鐘同步等技術(shù)領(lǐng)域 模擬鎖相環(huán)組成框圖 f0= 256K H z 64 K H z U P 0 4 U P 0 3B U P 0 2 U P 0 1 512 K H z 分頻器 ? 4 分頻器 ? 8 H D B 3 環(huán)路 濾波器 放大器 T PP 0 2 TE S T 跳線器 K P 02 V C O T PP 0 3 T PP 0 6 T PP 0 4 T PP 0 5 256 K bi t ps T PP 0 7 帶通 濾波器 T PP 0 1 U P 0 3A 64 K H z 鎖相環(huán)由三部分組成：相位比較器、低通濾波器 相位鎖定的過程 ? 施加于相位比較器另一個(gè)輸入端的外部輸入信號(hào) Ui與來自壓控振蕩器的輸出信號(hào) Uo相比較，比較結(jié)果產(chǎn)生的誤差輸出電壓 UΨ正比于 Ui和 Uo兩個(gè)信號(hào)的相位差，經(jīng)過低通濾波器濾除高頻分量后，得到一個(gè)平均值電壓 Ud。這個(gè)平均值電壓 Ud朝著減小 VCO輸出頻率和輸入頻率之差的方向變化，直至 VCO輸出頻率和輸入信號(hào)頻率獲得一致 。這時(shí)兩個(gè)信號(hào)的頻率相同，兩相位差保持恒定（即同步）稱作相位鎖定。 ? 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? ? 1. 熟悉模擬鎖相環(huán)的基本工作原理 ? 的基本參數(shù)及設(shè)計(jì) ? 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 ? ? ? 算 ? ? ? ? ? 返回 VCO自由振蕩頻率測(cè)量 ? 實(shí)驗(yàn)步驟： ? 1. 將 J007接地 ,用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器測(cè)量 TPP04點(diǎn)的 VCO輸出振蕩頻率 f0 .記錄每次閃動(dòng)的頻率讀數(shù) (其讀數(shù)不太穩(wěn)定 ). ? 2. 求 VCO在頻率 512KHZ時(shí)的短期頻率穩(wěn)定度△ f/ f0 . 返回 鎖定狀態(tài)測(cè)量 ? 實(shí)驗(yàn)步驟： ? J007送入一個(gè)256 KHz的 TTL方波信號(hào) 。 測(cè)量 TPP0 TPP05的相位關(guān)系 。環(huán)路鎖定該兩信號(hào)將不存在相差 。 ? KP01設(shè)置在 1_2位置 ， 重復(fù)上述測(cè)量步驟 。 返回 鎖定頻率測(cè)量和分頻比計(jì)算 ? 實(shí)驗(yàn)步驟： ? 將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)置在記數(shù)狀態(tài)（頻率計(jì)）參見右圖模擬鎖相環(huán)模塊的框圖測(cè)量各頻率。記錄測(cè)量結(jié)果計(jì)算分頻比。 f0= 256 K H z64 K H zU P 0 4U P 0 3BU P 0 2U P 0 1512 K H z分頻器? 4分頻器? 8H D B 3環(huán)路濾波器放大器圖 . 1 模擬鎖相環(huán)組成框圖T PP 0 2T E S T跳線器K P 02V C OT PP 0 3T PP 0 6T PP 0 4T PP 0 5256 K bi t psT PP 0 7帶通濾波器T PP 0 1U P 0 3A64 K H z返回 環(huán)路鎖定過程觀測(cè) ? 實(shí)驗(yàn)步驟： ? 用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器從 J007送入一 256KHz的TTL方波信號(hào)。觀測(cè) TPP0 TPP05的相位關(guān)系，并用 TPP03同步；反復(fù)斷開和接入測(cè)試信號(hào)，讓鎖相環(huán)進(jìn)行重新鎖定狀態(tài)。此時(shí)，觀察它們的變化過程（鎖相過程）。 返回 鎖定檢測(cè)信號(hào)觀測(cè) ? 實(shí)驗(yàn)步驟： ? 將 KP01設(shè)置在 2_3位置 ， 用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè) 256KHz的 TTL信號(hào)送入 J007， 觀測(cè)鎖定檢測(cè)點(diǎn) TPP07的波形 。 調(diào)整函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出頻率使環(huán)路失鎖和鎖定 ， 記錄 TPP07點(diǎn)的波形變化 。 返回 同步帶測(cè)量 ? 實(shí)驗(yàn)步驟 ? 256KHz的 TTL信號(hào)送入J007。 測(cè)量 J00 TPP04的相位關(guān)系，用 J007同步；正常時(shí)環(huán)路鎖定，該兩信號(hào)應(yīng)為同步。 ? 2. 緩慢增加函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出頻率，直至 J00TPP04兩點(diǎn)波形失步，記錄下失步前的頻率。 ? 256KHz， 使環(huán)路鎖定。緩慢降低函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出頻率，直至 J007\TPP04兩點(diǎn)波形失步，記錄下失步前的頻率。 ? 4. 計(jì)算同步帶。 返回 捕捉帶測(cè)量 ? 實(shí)驗(yàn)步驟 ? 1. 用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè) 256KHz的 TTL信號(hào)送入 J007測(cè)量 J00 TPP04的相位關(guān)系，用 J007同步；正常時(shí)環(huán)路鎖定，該兩信號(hào)應(yīng)為同步。 ? 2. 增加函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出頻率，使 J00 TPP04兩點(diǎn)波形失步；然后緩慢降低函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出頻率，直至 J00TPP04兩點(diǎn)波形同步。記錄下同步一刻的頻率。 ? ，使 J00 TPP04兩點(diǎn)波形失步；然后緩慢增加函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出頻率，直至 J00TPP04兩點(diǎn)波形同步。記錄下同步一刻的頻率 ? 。 返回 VCO壓控靈敏度測(cè)量 ? 實(shí)驗(yàn)步驟 ? 用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè) 256KHz的 TTL信號(hào)送入J007， 將示波器放在 DC輸入位置，設(shè)置＜ 500mv/DIV用示波器檢測(cè) VCO輸入的壓控電壓（ TPP06）。 緩慢增加函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出頻率到 276KHz， 記錄此時(shí) TPP05的電壓值 V1； 緩慢降低函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出頻率到 236KHz， 記錄此時(shí) TPP05的電壓值V2。 計(jì)算壓控靈敏度 40KHz/（ V1V2）。 返回 VCO自由振蕩頻率測(cè)量 ? 測(cè)量 TPP04點(diǎn)的 VCO輸出振蕩頻率為 ? ? △ f/ f0 ≈ 104 返回 鎖定狀態(tài)測(cè)量 存在一定的相差 不存在相差 返回 鎖定頻率測(cè)量和分頻比計(jì)算 ? 這一部分的具體點(diǎn)頻率測(cè)量請(qǐng)學(xué)生自己完成，并可將測(cè)得的各點(diǎn)頻率與學(xué)生用書上的圖 考來對(duì)比 . 返回 環(huán)路鎖定過程觀測(cè) 注釋 :上左圖是斷開測(cè)試信號(hào) ,存在相差未鎖定 。上右圖是接入信號(hào)鎖定后 ,總是上升沿對(duì)齊 返回 鎖定檢測(cè)信號(hào)觀測(cè) 鎖定狀態(tài) TPP07 失鎖狀態(tài) TPP07 注釋 :上左圖是鎖定狀態(tài)時(shí) ,VCO的壓控輸出電壓為最小 。當(dāng)失鎖時(shí) ,失鎖頻率偏離中心頻率越大 ,VCO的輸出電壓越大 ,TPP07的幅度也就越大 . 返回 同步帶測(cè)量 注釋 :上左圖是鎖定狀態(tài) ,右圖則是當(dāng)頻率加到 ,左下圖則是減少到 ,同步帶 ==129KHZ 返回 捕捉帶測(cè)量 注釋 :上左圖是由低頻往上增加正要鎖定時(shí)的狀態(tài) ,此時(shí)頻率為 191KHZ,右圖則是由高頻率向下減時(shí)正要鎖定的狀態(tài) ,此時(shí)頻率為 276KHZ,所以捕捉帶 =276191=85KHZ 返回 VCO壓控靈敏度測(cè)量 ? 根據(jù)測(cè)量可得出 V1=,V2=. ? 則壓控靈敏度 =40KHZ/() ? =返回 實(shí)驗(yàn)二 數(shù)字鎖相環(huán)模塊 ? 一 、 實(shí)驗(yàn)原理和電路說明 ? 數(shù)字鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)主要由四大部分組成：參考時(shí)鐘 、 多模分頻器 （ 一般為三種模式：超前分頻 、 正常分頻 、 滯后分頻 ） 、 相位比較 （ 雙路相位比較 ） 、 高倍時(shí)鐘振蕩器 （ 一般為參考時(shí)鐘的整數(shù)倍 ， 此倍數(shù)大于 20） 等 。 數(shù)字鎖相環(huán)均在 FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn) 。 數(shù)字鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu) B C A H G F E D 本地時(shí)鐘14336 K H z 外部測(cè)試6 4 K H z 倍頻 247。 63 247。 64 247。 65 247。 28 247。 4 延時(shí) 10 ns 采樣 1 采樣 2 U M0 1 ： F PG A T P MZ 03 T P MZ 05 T P MZ 04 T P MZ 02 247。 16 T P MZ 01 數(shù)字鎖相環(huán)的基本鎖相過程與數(shù)字鎖相環(huán)的基本特征 A ： 1433 6K Hz B ： 4 48 K H z C ： 64 K H z E ： 16 K H z F ： 16 K H z 00 01 11 01 1/ 63 1/ 64 1/ 65 1/ 64 D ： 16 K H z ( G , H ) 可變分頻器分頻數(shù) T1 時(shí)刻 T 2 時(shí)刻 T 3 時(shí)刻 T 4 時(shí)刻 ? 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? ?